无弧MEMS电接触器

电弧开断是开关电器设计和研制的关键。在直流低压电器中,常用的熄灭电弧的方式或是依靠电磁力把电弧拉长的自然式熄弧,或是借助狭缝灭弧室等来强制熄灭电弧。然而,随着电接触器件朝着多功能化、模块化、小型化、高密度等方向发展,这给传统制造技术带来了制造工艺和灭弧技术上的挑战。微机电系统(MEMS)技术凭借其超精密集成加工的特点,具有微型化、低成本、高可靠性和可大批量生产等优势,在微电接触器件领域大有可为。电接触器件的微型化给灭弧技术带来前所未有的挑战,本文介绍了一种基于并联电阻的新型无弧通断方法。该方法将电路的通断分为两个过程,分别由主触点和辅助触点来实现。每个辅助触点串联一个限流电阻形成辅助通道,再与主触点并联,承担电路接通和分断瞬间的动态过程,转移电弧能量。主触点承担稳态过程,避免主触点在电路通断的动态过程中受到电弧的侵蚀,实现电路的无弧通断。对于上述灭弧方法,利用Simulink的电力系统模块进行了相关仿真。仿真结果验证了设计思路的可行性,并进一步在理论模型的基础上设计了一种实体模型。利用ANSYS进行了各项关键参数的优化设计,悬臂梁的长度设计为300μm,宽度设计为50μm,厚度设计为25μm,支撑弹簧数目选定为12个,厚度设计为25μm,并联电阻数目设计为23,电阻值设计为380Ω,以求达到一个合理的分断能力。对于所设计的器件在净化室进行了多次流片,并进行了相应的结构上的改进。经过反复实验,逐渐克服了刻蚀、胶上甩胶再烘胶等工艺困难,摸索出一套合适的非硅MEMS电接触器件加工工艺。对器件的初步测试验证了设计和工艺的合理性,初步实现了预定目标。针对现有的基于固定电容的灭弧电路模型,做出了基于可变电容的改进。Simulink仿真平台上的仿真初步验证了该设计方案的优越性和可行性,为下一步工作奠定了基础。